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第二章ANSYS软件的功能简介前处理模块分析计算模块后处理模块三大模块结构分析：静动力、非线性热分析（渗流分析）流体动力学分析电磁场分析声场分析压电分析多物理场耦合分析通用后处理模块时间历程后处理模块实体建模网格划分ANSYS在部分工业领域中的应用如下：航空航天汽车工业生物医学桥梁、建筑电子产品重型机械微机电系统运动器械ANSYS/Multiphysics包括所有工程学科的所有性能ANSYS/Multiphysics有三个主要的组成产品ANSYS/Mechanical-ANSYS/机械-结构及热ANSYS/Emag-ANSYS电磁学ANSYS/FLOTRAN-ANSYS计算流体动力学其它产品:ANSYS/LS-DYNA-高度非线性结构问题DesignSpace–CAD环境下，适合快速分析容易使用的设计和分析工具ANSYS/ProFEA–Pro/ENGINEER的ANSYS分析接口。ANSYS/StructuralANSYS/ProfessionalANSYS/ProFEADesignSpaceANSYS/EDANSYS/UniversityANSYS/PrepPostANSYS/MultiphysicsANSYS/FLOTRANANSYS/EmagANSYS/LS-DYNAANSYS/Mechanical2.1前处理模块PREP7实体建模方式之一：自顶向下先建高级图元，如圆柱、圆锥等自动生成相关的面、线及关键点自顶向下问题：如何保证各实体的连接、交叉等关系？→布尔操作2.1前处理模块PREP7(续)实体建模方式之二：自底向上关键点自底向上线面体2.1前处理模块PREP7(续)实体建模方式的选择：自顶向下建模可以提高建模的效率，但在需要利用布尔操作时比较难以掌握；自底向上建模可以减少出错的机会，但效率较低。建议：先学习自底向上→后学习自顶向下网格划分方法：延伸划分与映射划分延伸划分将一个二维网格延伸成一个三维网格映射划分将几何模型分解成简单的几部分，然后选择合适的单元属性和网格控制，生成映射网格。2.1前处理模块PREP7(续)网格划分方法：自由划分和自适应划分自由划分可对复杂模型直接划分，避免了用户对各个部分分别划分然后进行组装时各部分网格不匹配带来的麻烦。自适应划分先生成具有边界条件的实体模型，用户指示程序自动地生成有限元网格，分析、估计网格的离散误差，然后重新定义网格大小，再次分析计算、估计网格的离散误差，直至误差低于用户定义的值或达到用户定义的求解次数。2.1前处理模块PREP7(续)2.2求解模块SOLUTION结构静力分析用来求解外载荷引起的位移、应力和反作用力。静力分析很适合求解惯性和阻尼对结构的影响并不显著的问题。ANSYS程序中的静力分析不仅可以进行线性分析，而且可以进行非线性分析，如塑性、蠕变、膨胀、大变形、大应变、应力刚化及接触分析。用来求解随时间变化的载荷对结构或部件的影响。与静力分析不同，动力分析要考虑随时间变化的力载荷以及它对阻尼和惯性的影响。结构动力分析2.2求解模块SOLUTION(续)2.2求解模块SOLUTION(续)结构动力分析的类型：①模态分析：计算线性结构的自振频率及振型。②谱分析：是模态分析的扩展，用于计算由于随机振动引起的结构应力和应变(也叫作响应谱或PSD)。③谐响应分析：确定线性结构对随时间按正弦曲线变化的载荷的响应。④瞬态动力学分析：确定结构对随时间任意变化的载荷的响应，可以考虑与静力分析相同的结构非线性行为。结构非线性导致结构或部件的响应随外载荷不成比例变化。ANSYS程序可以求解静态和瞬态非线性问题，包括材料非线性、几何非线性和单元非线性三种。结构非线性分析2.2求解模块SOLUTION(续)ANSYS程序可以分析大型柔体运动。当运动的积累影响起主要作用时，可使用这些功能分析复杂结构在空间中的运动特性，并确定结构中由此产生的应力、应变和变形。动力学分析2.2求解模块SOLUTION(续)用于计算线性屈曲载荷并确定屈曲模态形状(结合瞬态动力学分析可以实现非线性屈曲分析)。特征屈曲分析断裂分析复合材料分析疲劳分析专项分析2.2求解模块SOLUTION(续)ANSYS除了提供标准的隐式动力学分析以外，还提供了显式动力学分析模块ANSYS/LS-DYNA。显式动力学分析2.2求解模块SOLUTION(续)2.2求解模块SOLUTION(续)显式动力学分析的特点：用于模拟非常大的变形，惯性力占支配地位，并考虑所有的非线性行为。它的显式方程求解冲击、碰撞、快速成型等问题，是目前求解这类问题最有效的方法。热分析之后往往进行结构分析，计算由于热膨胀或收缩不均匀引起的应力。ANSYS热分析功能:相变(熔化及凝固)内热源(如电阻发热等)三种热传递方式(热传导、热对流、热辐射)ANSYS热分析计算物体的稳态或瞬态温度分布，以及热量的获取或损失、热梯度、热通量等。热分析2.2求解模块SOLUTION(续)磁场分析中考虑的物理量是磁通量密度、磁场密度、磁力、磁力矩、阻抗、电感、涡流、能耗及磁通量泄漏等。磁场可由电流、永磁体、外加磁场等产生。磁场分析2.2求解模块SOLUTION(续)2.2求解模块SOLUTION(续)磁场分析的类型:①静磁场分析：计算直流电(DC)或永磁体产生的磁场。②交变磁场分析：计算由于交流电(AC)产生的磁场。③瞬态磁场分析：计算随时间随机变化的电流或外界引起的磁场。用于计算电阻或电容系统的电场。典型的物理量有电流密度、电荷密度、电场及电阻热等。电场分析2.2求解模块SOLUTION(续)用于微波及RF无源组件，波导、雷达系统、同轴连接器等分析。高频电磁场分析同轴电缆中的电场(EFSUM)2.2求解模块SOLUTION(续)用于确定流体的流动及热行为流体分析2.2求解模块SOLUTION(续)流体分析的分类：①CFD-ANSYS/FLOTRAN提供强大的计算流体动力学分析功能，包括不可压缩或可压缩流体、层流及湍流，以及多组份流等。应用于：航空航天，电子元件封装，汽车设计。②声学分析-考虑流体介质与周围固体的相互作用,进行声波传递或水下结构的动力学分析等。例如：扬声器、汽车内部、声纳。典型的物理量是：压力分布、位移和自振频率。③容器内流体分析-考虑容器内的非流动流体的影响。可以确定由于晃动引起的静水压力。例如：油罐，其它液体容器。④流体动力学耦合分析-在考虑流体约束质量的动力响应基础上，在结构动力学分析中使用流体耦合单元。2.2求解模块SOLUTION(续)考虑两个或多个物理场之间的相互作用。如果两个物理场之间相互影响，单独求解一个物理场是不可能得到正确结果的，因此你需要一个能够将两个物理场组合到一起求解的分析软件。例如：在压电力分析中，需要同时求解电压分布（电场分析）和应变（结构分析）。耦合场分析2.2求解模块SOLUTION(续)典型耦合场分析：热—应力分析流体—结构相互作用感应加热（电磁—热）压电分析（电场和结构）声学分析（流体和结构）热-电分析静电-结构分析两根热膨胀系数不同的棒焊接在一起，图示为加热后的变形。2.2求解模块SOLUTION(续)2.3后处理模块POST1和POST26这个模块对前面的分析结果能以图形形式显示和输出。例如，计算结果（如应力）在模型上的变化情况可用等值线图表示，不同的等值线颜色代表了不同的值（如应力值）。POST1这个模块用于检查在一个时间段或子步历程中的结果，如节点位移、应力或支反力。这些结果能通过绘制曲线或列表查看。绘制一个或多个变量随频率或其他量变化的曲线，有助于形象化地表示分析结果。POST26